تقليل الحرارة

بالوعة الحرارة السلبية
تعتمد المشتتات الحرارية السلبية على الحمل الحراري الطبيعي، مما يعني أن قدرة الهواء الساخن على الطفو تتسبب في تدفق الهواء المتولد عبر المشتت الحراري، ولا تتطلب طاقة ثانوية أو أنظمة تحكم لإزالة الحرارة. لكن المشتتات الحرارية السلبية ليست فعالة في إزالة الحرارة من النظام مثل المشتتات الحرارية النشطة.

المشتتات الحرارية النشطة
تستخدم المشتتات الحرارية النشطة الهواء القسري--الذي يتم توليده عادة بواسطة مروحة أو منفاخ أو حتى حركة الجسم بأكمله--لزيادة تدفق السوائل عبر المنطقة الساخنة.

يشبه هذا تشغيل المروحة الموجودة في جهاز الكمبيوتر الشخصي الخاص بك بعد أن يصبح جهاز الكمبيوتر دافئًا. تقوم المروحة بدفع الهواء عبر المشتت الحراري، مما يسمح لمزيد من الهواء غير المسخن بالتحرك عبر سطح المشتت الحراري. يؤدي ذلك إلى زيادة التدرج الحراري الكلي عبر المشتت الحراري، مما يسمح بخروج المزيد من الحرارة.

المشتتات الحرارية الهجينة
تجمع المشتتات الحرارية الهجينة بين خصائص المشتتات الحرارية السلبية والنشطة. هذه التكوينات أقل شيوعًا، وغالبًا ما تستخدم أنظمة التحكم لتبريد النظام بناءً على متطلبات درجة الحرارة.

عندما يعمل النظام بمستويات أكثر برودة، يكون مصدر الهواء القسري غير نشط، ولا يؤدي إلا إلى تبريد النظام بشكل سلبي. بمجرد وصول المصدر إلى درجات حرارة أعلى، تعمل آلية التبريد النشطة على زيادة قدرة التبريد للحوض.

يهرب:يتضمن ذلك قطع المعدن إلى شرائح. إنها طريقة تصنيع شائعة لإنتاج زعانف الألواح لأحواض الحرارة. باستخدام هذه الطريقة، يمكنك إنشاء زعانف أرق وأكثر تماسكًا.
تتميز المشتتات الحرارية بمستوى معين من خشونة السطح، مما يزيد من إجمالي مساحة السطح.

صب:يتضمن ذلك صب المعدن المنصهر في قالب. بعد ذلك، تسمح للمعدن المنصهر بالتصلب قبل إزالته من القالب. تتميز المشتتات الحرارية المصبوبة بالضغط بمستوى عالٍ من التعقيد. لديهم أيضًا خصائص ميكانيكية جيدة.

النتوء:إنها طريقة سريعة وفعالة وفعالة من حيث التكلفة لصنع المشتتات الحرارية. أنها تنطوي على إجبار القضبان المعدنية الساخنة باستخدام قالب فولاذي. هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا لصنع المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم. عادةً ما يتم تأكسد أحواض الحرارة المصنوعة من الألومنيوم المبثوق قبل الاستخدام.

تزوير الباردة:تستخدم هذه الطريقة لتصنيع المواد عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة إعادة تبلور المادة.
ونظرًا لأن الألومنيوم لديه الحد الأدنى من المقاومة للتشوه واللدونة العالية، فإن هذه الطريقة مناسبة لإنتاج المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم.
يتم استخدام الطرق البارد لتصنيع المشتتات الحرارية عالية الدقة. يمكنك استخدامه لإنتاج أحواض حرارة ذات دبوس دائري وبيضاوي الشكل. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع المشتتات الحرارية المطروقة بسلامة بنية مجهرية ممتازة.

ختم:يتضمن ذلك ثقب قالب ألومنيوم يتحرك تحت ضغط هوائي باستخدام بعض الأدوات المخصصة. هذه الطريقة مناسبة للإنتاج على نطاق واسع. كما أنها تنتج أجزاء ذات أبعاد صغيرة نسبيًا.

من تعريف الحوض أو المشتت الحراري، يمكننا أن نحاول أن نفهم أن هذا النقل البسيط للحرارة من المصدر إلى الحوض يحدث في أربع خطوات أساسية في أي نوع من الحوض.

يتم إنتاج الحرارة من المصدر
أي نظام يولد الحرارة ويستلزم إزالته ليعمل بشكل صحيح يمكن أن يكون بمثابة المصدر.
ويشمل ذلك العمليات والآلات المختلفة المستخدمة في الصناعات والإلكترونيات والمختبرات الكيميائية والألواح الشمسية وحتى المقاومة الكهربائية في أجهزة التوصيل.

تشع الحرارة من الأصل
تستخدم التطبيقات التي تكون على اتصال مباشر بالمشتت الحراري التوصيل الطبيعي لنقل الحرارة من المصدر إلى المشتت الحراري.
تتأثر هذه العملية على الفور بالتوصيل الحراري لمادة المشتت الحراري.
المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة في بناء الأحواض هي تلك التي تتمتع بموصلية حرارية عالية، مثل النحاس والألومنيوم.

يتم تسخين سطح الحوض
عندما تتحرك الحرارة عبر التدرج الحراري من درجة حرارة عالية إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة، فإنها ستقوم بشكل طبيعي بتوصيل الحرارة من المصدر عبر الحوض.
ونتيجة لذلك، غالبًا ما تصبح الأحواض أكثر سخونة بالقرب من المصدر وتبرد بعيدًا.

تغادر الطاقة الحرارية الحوض
يعتمد هذا الإجراء على التدرج الحراري للمشتت الحراري وسائل العمل، والذي عادة ما يكون هواء أو سائل غير موصل للكهرباء.
يتم استخدام الحمل الحراري والانتشار الحراري بواسطة سائل العمل أثناء تحركه فوق سطح الحوض الدافئ لنقل الحرارة من السطح إلى الهواء المحيط.

قانون فورييه للتوصيل الحراري
على المستوى الأساسي، فكرة المشتت الحراري بسيطة للغاية: من خلال ربط المشتت الحراري بمكون يولد كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، فإنك تزيد بشكل فعال مساحة سطح ذلك المكون. سيقوم هذا المكون، الذي يكون عند درجة حرارة أعلى، بنقل الطاقة الحرارية إلى محيطه ذي درجة الحرارة المنخفضة.

تصميم بالوعة الحرارة
المادة الأكثر شيوعًا المستخدمة في المشتتات الحرارية هي الألومنيوم. وذلك لأن الألومنيوم يوفر خصائص توصيل حراري جيدة. علاوة على ذلك، فإن النوع الأكثر شيوعًا من المبددات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم هو التصنيع عن طريق البثق -- وهي عملية إجبار الألومنيوم على التدفق عبر قالب على شكل معين. عادةً ما تكون هذه عملية تصنيع منخفضة التكلفة وتوفر خصائص أداء مناسبة لمعظم التطبيقات. ولكن تجدر الإشارة إلى أن طريقة البثق لتصنيع المبددات الحرارية لها حدودها، خاصة عندما يتعلق الأمر بالحجم. ويرجع ذلك في الغالب إلى حقيقة أن هناك حدودًا لعرض البثق. عندما تكون هناك حاجة إلى أحواض حرارة كبيرة، على سبيل المثال للتوربينات في محطة توليد الطاقة، يتم تصنيعها عادة عن طريق الترابط (يتم بناء مكونات متعددة قطعة قطعة وتوصيلها معًا).

بالوعة الحرارة النحاسية
مادة أخرى شائعة لأحواض الحرارة هي النحاس. يتمتع النحاس بقدرات توصيل حراري متميزة (حوالي 400 واط/م·ك للنحاس النقي، وهو ما يعادل ضعف الألومنيوم تقريبًا). كما أنها مقاومة للتآكل. على الجانب السلبي، فهو أكثر كثافة من الألومنيوم، وبالتالي أثقل، مما يجعله خيارًا سيئًا للتطبيقات الحساسة للوزن. كما أنها أغلى بكثير من الألومنيوم.

المقاومة الحرارية بالوعة الحرارة
يعتمد اختيار مادة للمشتت الحراري الخاص بك إلى حد كبير على عامل واحد -- للمقاومة الحرارية. المقاومة الحرارية هي قدرة الحرارة على التدفق من المكون الخاص بك إلى المناطق المحيطة به. عليك أن تأخذ في الاعتبار المقاومة عبر التصميم بأكمله. على سبيل المثال، مقاومة المكون لعبوته، والعبوة للمادة اللاصقة، والمادة اللاصقة للمشتت الحراري، والمشتت الحراري للهواء. عند إضافة كل هذه الأرقام، ستمنحك مقاومة حرارية شاملة وتساعدك على فهم المادة التي يجب عليك اختيارها وحجم المشتت الحراري لديك. يمكنك تقليل المقاومة الحرارية بعدة طرق -- من خلال تغيير المواد، أو زيادة أو تغيير تصميم الزعانف، باستخدام المعجون الحراري المصمم لنقل الحرارة بدلاً من شيء مثل الشريط ذي الوجهين، وما إلى ذلك.

المشتت الحراري النشط مقابل المشتت الحراري السلبي
هناك اعتبار آخر للتصميم وهو ما إذا كنت تريد استخدام المشتت الحراري النشط أو السلبي. يعتمد المشتت الحراري السلبي ببساطة على تبديد الحرارة الإشعاعي وأي حركة هواء تحدث بشكل طبيعي لإزالة الطاقة الحرارية. يستخدم المشتت الحراري النشط مكونًا إضافيًا -- مثل المروحة أو المضخة -- لإزالة الطاقة الحرارية بشكل فعال وإزاحتها. ومن غير المستغرب أن تكون المشتتات الحرارية النشطة أكثر فعالية من المشتتات الحرارية السلبية ذات الخصائص الفيزيائية المماثلة.

أولاً، يجب الانتباه إلى استخدام المشتت الحراري وبيئة التخزين. إذا كنت لن تستخدم المشتت الحراري لفترة طويلة، فيجب الاحتفاظ به بشكل آمن. عند اختيار مكان للتخزين يجب الانتباه إلى أي مواد مسببة للتآكل مثل الحمضية أو القلوية. يمكن أن تسبب هذه المواد تآكلًا للمشتت الحراري إلى حد كبير ويجب علينا تجنب هذا النوع من التعرض قدر الإمكان.

ثانياً، يجب التأكد من تنظيف المشتت الحراري. بعد استخدام المشتت الحراري لفترة طويلة، قد تكون هناك كمية كبيرة من الغبار والأوساخ بين الزعانف. إذا لم تقم بتنظيفه في الوقت المناسب، فسوف تتراكم الأتربة وسيكون من المحتم أن يؤثر ذلك على أداء التبريد الإجمالي لهذا المشتت الحراري. قد يشكل هذا تهديدًا لا يمكن تجاهله بالنسبة للأجهزة التي تتطلب التبريد. لذلك، من الضروري إجراء تنظيف شامل للمشتت الحراري بشكل منتظم.

علاوة على ذلك، عند إجراء معالجات مقاومة التآكل ذات الصلة، يلزم أيضًا مراعاة مجموعة من القضايا ذات الصلة. على سبيل المثال، إذا لم نتبع المعايير المنظمة لتنفيذ اختيار مضادات التجمد وطلاء السطح، فقد نتسبب في تآكل المشتت الحراري ولا يمكن استخدامه بعد ذلك.